矿区再生设计-绿色基础设施板块

废弃矿区是指由于矿产资源枯竭或采矿活动停止而废弃的用地及附属设施。废弃矿区包括废弃工业用地、仓储用地、交通用地等。废弃矿区依据矿产资源类型可分为煤炭型、金属和非金属型、油气型等。

1.废弃矿区对生态环境的影响

(1)大量土地资源被占用

矿产资源开发会占用大量的土地，一般而言，露天采矿所占用土地面积约为采矿场的5倍以上。在采矿选矿过程中，会产生大量固体废弃物，形成的尾矿场、废石场(排土场)占用了土地资源，形成了废弃物堆积的裸露地。此外，挖损对土地资源的破坏也是巨大的。露天开采时，要将矿产资源上覆盖的土壤包括地表植被全部移走，矿产资源开采后，采掘地易形成裸露的岩石、坑洼地面等消极景观。

(2)环境污染、生态失衡

采矿活动会导致区域性大气污染，尾矿的风扬会导致污染扩散和大气污染，大气沉降则是重金属进入环境的重要途径，对环境的影响甚至大于矿山开发；采矿活动会产生矿坑水、选矿废水、冶炼废水及尾矿池水等各类废水，如未经处理或处理不达标就进行排放则会使水体、土壤和地下水受到严重污染。矿山废水中含硫固体废弃物在微生物作用下，会迅速氧化产生酸，加速金属的释放速度，因此对环境影响很大；有色金属废弃矿山堆放有大量重金属含量很高的废弃物，在雨水和风等自然力的作用下，重金属会向周围环境扩散，会导致地下水和土壤的污染，进而通过食物链转移到人体内，危害人体健康。据《人民日报》报道，2009年8月，在陕西省凤翔县马道口村、孙家南头村共采集14周岁以下儿童血液标本731份，经检验：615人为高铅血症或铅中毒，属于相对安全的血液标本只有116份。污染源头为村庄附近的东岭集团冶炼公司；采矿活动也会导致生物多样性锐减。采矿活动破坏了原有生境，使得大的生态斑块破碎为小型的斑块，削弱了作为跳板的生态斑块的功能，造成生物迁徙受阻，降低了生物多样性，导致生态失衡。

(3)地质灾害频发

矿山地质灾害主要包括地表塌陷、滑坡和泥石流、边坡不稳定、尾矿库溃坝等。采用井工地下开采时，大量矿产资源被开采出后，上部会形成采空区，岩土层的平衡状态被打破，会出现断裂、弯曲、冒落等变形，导致地表大面积塌陷，形成下层盆地。地表塌陷会导致潜水位上升，产生水滞化、盐滞化和裂缝等问题发生，造成耕地水土流失，作物减产；边坡开挖导致的山体不稳定性以及采矿废弃土石堆砌不当都容易导致滑坡和泥石流等地质灾害，矿山排放的松散废渣常放置在山坡或沟谷内，如遇暴雨极易发生泥石流和溃坝。例如，2010年9月21日，受台风“凡亚比”带来的罕见特大暴雨影响，紫金矿业公司茂名高旗岭尾矿库发生溃坝事件，共造成22人死亡，房屋全倒户523户、受损户815户，下游流域范围内交通、水利等公共基础设施以及农田、农作物等严重损毁。

2.矿山开采方式

矿山的开采方式主要分为露天开采和井工开采。

(1)露天开采

露天开采是直接从地表开挖并采出矿产，为了采出有用矿物，必须首先将覆盖在有用矿物之上的大量岩土剥离出来，这是露天开采与地下开采的最大区别。露天开采不但要采出矿石，也要剥离出大量废弃土石。用露天矿石设备进行露天矿山工程作业的场所，称为露天采场。露天采场常被称为露天矿坑、采场、掘场、采矿场、采石场。露天开采方式，主要有下拔法、阶段法、金刚索锯法三种方式。

①下拔法。下拔法是在矿体的底部进行挖掘或钻孔装填炸药引爆，将底部的矿产开采运走后，上部的矿体自然崩落。该方法成本低廉，但是产量不稳定，且极易引发地质灾害，危险程度较高，目前许多国家已经明文禁止采用此法采矿。

②阶段法。阶段法是将矿山的开采面划分为若干个区域，首先修建至山顶道路作为运送矿产资源的通道，进而从上至下分片布置开采区。上层区域矿产资源开采后，通过修建的道路将矿石运下山，运用机械设备平整场地。该法相对安全，产量有保证，开采的矿石品质高，可以采用大型的机械设备进行操作，缺点是对环境影响较大。

目前，世界上大型的矿山有一半以上是采用露天开采的方式，在我国比例则在90%以上。露天开采会产生大量剥离的岩石，每开采1t的矿产通常就要剥离5～10t覆盖的岩石和覆土，我国每年因露天采矿剥离岩土约2.5×108t，大规模开采会造成大面积山体破坏，产生大量废弃岩土，同时也会导致山崩、滑坡和泥石流等地质灾害，破坏自然环境，降低人居环境质量。

推行可持续发展的矿产资源开采方式已经成为世界趋势，2007年入选世界文化遗产的日本石见银山，在数个世纪以前就采用了最大限度的保护环境的开采方式，一般矿山开发时在精炼部分会耗去山林里很多薪炭类木材，然而银山历代的掌控者都很注重生态环境的保护，所以至今银山附近仍保留相当完整的森林和地貌，这对于今日世界的人类来说，具有重大的启示意义，值得反思。

(2)井工开采

在井工开采中，需要从地面向地下开凿一系列的巷道才能将地下矿藏开采出来。巷道类型多样，垂直的称为立井或竖井，倾斜的称为斜井，水平的称为平峒。为采矿提供必要的辅助设备，还需要在地面建设一系列生产和生活设施，主要包括办公楼、绞车房、压风机房、配电所、矿石仓以及居住配套设施等。

③金刚索锯法。金刚索锯法也是采用分区的方式开采，开采顺序从上至下，切割矿体的工具为细钢丝绳，优点是安全性和工作效率高，是传统开采方式的6倍以上。缺点是成本较高。

①竖井开采。竖井开采是指由地面垂直向下穿越地层，开挖矿产资源的开采方式。一般来说，大理石或石油等非金属矿产资源，大多数采用竖井开采的方式来进行。一般要同时开凿一个主井和一个副井。主井用来运出开采出的矿藏，副井用来运送材料、矸石，升降人员，排出矿井水，供电和通风。

②斜井开采。斜井开采是指由地表逐渐倾斜矿层的开采方式，通常在地表坑口部分直接开凿者为“斜井”，而坑内在开凿者称为“坑内斜井”。当斜井开采遇到矿层开采面时，会沿其层面走向的水平方向挖掘，这种水平坑道称为平峒。通常，矿产资源位于地层深部且开采量大时，用斜井开采。

③平峒开采。平峒开采是由地表以水平开挖巷道的方式开采矿层，通常，矿藏资源位于较浅地层且规模较小时采用此方法。优点是开采的费用较低，不足是开采的矿产资源产量不高。

井工开采方式，由于在地下进行，对地表生态环境及视觉景观影响较小，但井工开采中掏空地下矿藏、长期抽排地下水等会导致地面的沉降和开裂，使得地面建筑、道路和农田受损，也会对生态和人居环境造成严重破坏。在我国山西煤炭开采区，由于过度开采导致地表塌陷，大量农田受损，村庄建筑破坏严重，地下水干涸，生产和生活用水不足，长期废弃的地下矿井由于年久失修而导致结构支撑力不足，存在极大的安全隐患，会严重影响矿区及周边人民的生活以及经济的发展。当然，废弃地下矿井四通八达、潮湿而阴暗，也成为蝙蝠、鸟类、昆虫和爬行动物等生物的栖息场所。地下矿井神秘幽暗的特征也是其打造特色旅游景点的条件，目前已停产的具有百年历史的波兰维利奇卡盐矿(Wieliczka Salt Mine)并没随着盐矿的枯竭而衰落，20世纪以来，政府不断完善盐矿基础设施，打造地下城市和旅游胜地，保留原有盐湖和矿工劳动的原貌，兴建博物馆、娱乐大厅和温泉疗养院，成为矿区转型的成功典范。(www.xing528.com)

3.废弃矿区用地组成

废弃矿区用地作为受矿产资源开采活动直接影响而丧失原有功能的土地，涵盖范围广泛。废弃矿区用地按照不同的用途和标准，有不同的分类方法。

第一种：一般分为探矿和采矿用地两类，其中探矿用地主要是前期资源勘查用地(多为临时用地)；采矿用地分为采矿区、工业广场和尾矿库。

第二种：分为生产、生活服务、辅助生产三种用地类型。其中生产用地分为矿井口、破碎场、选矿厂、排土场；生活服务地分为居住区、公共建筑区、市镇区等。

第三种：分为探矿用地、工业广场、采矿区、排土场四类。其中工业广场分为工业厂房、生活设施、道路以及其他附属设施用地。

综上所述，矿业用地在分类上描述虽有所不同，但是分类类型差异不大。矿业用地按照时间顺序，先有探矿用地，后期逐步形成工业广场、采矿区和尾矿库。

4.矿区生命周期

矿区受到矿产资源不可再生性和存量有限性的影响，表现出周期性的生命周期特征。一般将矿区的生命周期分为筹备期、成长期、成熟期、衰退期(转型期)四个阶段。

①筹备期：指在矿产资源开发之前的论证、筹备和勘测阶段。这一阶段工作主要集中于矿产资源勘测、勘察，以及工业广场基建阶段。

②成长期：指矿区全面投产到生产能力达到设计规模阶段。

③成熟期：指生产能力达到设计规模，产量稳步提升发展阶段。

④衰退期(转型期)：指矿产资源逐步枯竭，矿区产业地位逐步降低的阶段。该阶段如能产生新的产业形态，则矿区会逐步转型，如未能形成新的产业则会逐步衰退。

5.废弃矿区系统

(1)废弃矿区系统及其特点

万物众生并非独立存在于这个世界，而是存在于各个系统之中。21世纪以来，伴随着科技的不断发展，世界越来越整体化，问题越趋于复杂化，人类需要更加综合的思维方式来处理问题，系统论由此诞生。其诞生后很快地运用于各个学科和各行各业的发展中，不仅促进了包括自然、人文、社会等各个学科的发展，更开拓了世人的眼界，提升了人们看待世界的角度和行为方式。系统论认为，系统各要素之间是相互联系和作用的，系统整体会控制要素的发展，而反过来要素也会影响整体的变化趋势。

废弃矿区的系统是一个典型的复杂系统，是由资源、经济、社会三个相互联系、相互作用的要素共同形成的一个动态、开放的复杂系统。随着时间的变化，各个系统要素之间也会相互联系和作用并产生一定的功能，并最终影响矿区整体的发展变化趋势。^[9]资源子系统包含的因素广泛，主要包括矿产资源、生物资源、土地资源和水资源等要素；经济子系统包括矿区的经济背景、矿区生产的经济价值、矿区建设时的主导产业及其经济状况等要素；社会子系统在废弃矿区中与物质性系统相对应，具体包括矿区的相关政策、法律法规、社会机制、矿区的历史文化和大众心理等因素。矿区再生设计是以废弃矿区作为研究对象，从整体系统出发，优化系统结构，协调系统内部之间的关系，使之达到最佳状态。

(2)矿区系统的特点要素

①系统的开放性。系统与外界的关系根据其属性可分为孤立系统、封闭系统和开放系统；与外界存在物质与能量的双重交换的系统可称为开放系统。矿区废弃地即为典型的开放型系统，系统内部各要素与子系统之间、系统内部与外部环境之间，都存在着物质、能量和信息的交换。例如，系统内部要从外部环境中吸取能量和物质来平衡内部生态系统的稳定，而外部环境的变化则会推动内部系统的功能演变，比如政策的制定、社会经济环境的变化等，都会对系统内部因素产生影响。同时，系统内部的土地资源的缺失、经济承载力的下降、历史文化价值的丢失以及环境的破坏等要素也会对系统外部环境产生影响。

②系统的不可逆性。矿区系统在服务人类生产生活的过程中，已形成了自身的系统，不可能随着时间的回转而发生逆转的变化。其各个子系统之间是不断向前运动着的，例如，如果人们在采矿初期没有对采矿地环境采取相应的保护措施，那么随着采掘业不断地加深对地表的破坏和环境的干扰，其地块相应的经济属性、产业结构类型、市场管理机制也会不断地进行更新变化；而当地块本身没有被利用和开采的价值，成为矿业废弃地时，其资源、经济、环境、人文系统等已经受到了无法逆转的损害，再次进行人为的再生设计和利用时需要花费更多的时间、精力和成本进行改造、重建和再生。

③系统的层次性。在矿区废弃地系统中，不仅包含资源、经济、社会三个子系统，每个系统自身又包含若干个子系统及其要素。例如，资源子系统中包括矿产资源、生物资源、土地资源和水资源等资源要素；经济子系统包括矿区背后的经济背景、矿区生产的经济效益及矿区建设时的主导产业及其经济状况；社会子系统具体包括矿区的相关政策、法律法规、社会机制、矿区的历史文化和大众心理等因素。系统内部各层次之间相互协同并有序进化，多元化并有层次地进行组织和适应。

④系统的复杂性。废弃矿区系统中类型复杂，系统和外部环境之间有着千丝万缕的联系，各个子系统之间存在着相互的联系，子系统内部之间也有着多层次的交流。而其在生产功能逐渐退化成为废弃地后，系统又逐渐呈现一种杂乱无章的感觉。

在资源子系统中，随着采矿业的开采和衰败，矿产资源枯竭，土地资源匮乏，水资源和大气则受到污染。在经济子系统中，原主导产业衰败，生产设施设备均处于废置或闲置状态，经济价值和经济效益大打折扣。在社会子系统中，历史文化缺失，群众心理落差感大，法律法规未能保障大众的利益，其所产生的社会危机更加复杂和严重。